CN107695356B - 一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,属于滑动电接触材料技术领域。本发明通过沥青改善石墨与银基体的界面润湿性,通过沥青改善石墨烯在银基体中的分布状态,采用机械合金化、粉末烧结、塑形加工相结合的工艺来制备银/石墨/石墨烯滑动电接触材料。本发明方法可利用现有生产设备,投资少,生产成本低;能够充分改善石墨与银基体的界面润湿性,石墨烯在银基体中的均匀分布,最终获得自润滑性、导电良好的银基滑动电接触材料产品。

Description

一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,属于滑动电接触材料技术领域。
背景技术
银基滑动电接触材料,主要是以银为基,其他自润滑材料(如MoS2,石墨等)为添加物的复合材料,正是由于传统银基滑动电接触材料(添加物:MoS2,石墨等)具有承受能力强、低速下防止粘滑性能好、导电率范围宽以及防止污染等优点,从而被广泛应用被广泛应用于日常生活、工业生产以及军事等各个领域(例如:开关中的触头、人造卫星太阳能帆板传动结构、电力机车导电弓、电机马达中的电刷等等)。国外早在六七十年代,就开始对银基固体润滑材料进行大量研究,其中Glenn Dorsey指出Ag-MoS2-C自润滑材料在摩擦时,实际接触面积对材料的电性能、摩擦磨损性能产生巨大的影响,实际接触面积较小对电刷的热温升影响较小,此外电刷温度升高时,将直接导致接触电阻显著升高。G.N.Braterskaya在通电状态下对银基电刷进行测试,随着载荷的增加,接触面的损耗量也随之增大,同时在接触面上出现撕裂现象。随着科学技术的不断地发展和进步,凡是涉及到电工电子技术、通讯技术、自动控制技术,都将对电器的智能化、工业化水平要求越来越高,并且电器原件不断朝着大容量、小型化的方向发展,这将对成为电器“心脏”的电接触原件性能以及应用提出更高的要求。
常规的银基滑动电接触材料的制备技术主要采用粉末冶金技术,其工艺是将一定粒度的银粉和自润滑材料粉充分混合后,经过压制、烧结、致密化等几个步骤来完成。该工艺的优点是操作简单、可根据实际需要制备不同自润滑材料含量的银基滑动电接触材料;缺点是自润滑材料在银基体中的分布不均匀,银与自润滑材料的界面容易在制备中被污染、界面结合差,导致该电接触材料导电性和耐磨性的不稳定,严重影响电路系统的稳定性与精确性。
发明内容
本发明针对针对粉末冶金制备的银基滑动电接触材料公知技术存在的不足,提供一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,即采用沥青为介质来改善银基体与石墨的界面润湿性,并用沥青来改善石墨烯在银基体中的分布状态,从而获得银与石墨界面润湿性良好、石墨烯在银中较均匀分布的银基滑动电接触材料产品。
一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,具体步骤为:
(1)将石墨与沥青A混合均匀,加入银粉A进行球磨处理3~26h得到混合物A;
(2)将石墨烯与沥青B混合均匀,加入银粉B进行球磨处理3~26h得到混合物B;
(3)将步骤(1)所得混合物A与步骤(2)所得混合物B混合均匀混合物C;
(4)在压力为300~600MPa的条件下,将步骤(3)所得混合物C压制成型得到坯体;
(5)在温度为940~960℃条件下,将步骤(4)所得坯体进行真空烧结处理10~50min,冷却即得锭坯;
(6)在温度为600~800℃、压力为600~1200MPa的条件下,将步骤(5)所得锭坯挤压成型即得铜/石墨导电滑板预制件;
(7)将步骤(6)所得铜/石墨导电滑板预制件进行拉拔或轧制处理即得银/石墨/石墨烯滑动电接触材料;
所述混合物C中石墨和沥青的质量比为(5~25):1,石墨烯和沥青的质量比为(3~20) :1,银粉的质量为混合物C的77~98%;银粉A与银粉B的质量比为1:1,沥青A与沥青B的质量比为1:1;
所述球磨转速为800~2000r/min,磨球与物料的质量比为(5~1):1;
所述步骤(4)真空烧结的真空度为5×10-5 Pa;
所述银粉为市售银粉,其粒度为0.5~5μm,纯度为99.95%;石墨粉为市售石墨粉,其粒径为200~800nm,纯度为99.9%;石墨烯为市售石墨烯,其纯度为99.9%;沥青为市售沥青;
本发明的有益效果:本发明方法采用沥青为介质来改善银基体与石墨的界面润湿性,并用沥青来改善石墨烯在银基体中的分布状态,从而获得银与石墨界面润湿性良好、石墨烯在银中较均匀分布的银基滑动电接触材料产品。
附图说明
图1为本发明实施例1银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的显微组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1:一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,具体步骤为:
(1)将石墨与沥青A混合均匀,加入银粉A进行球磨处理(机械合金化处理)3h得到混合物A,其中磨球与物料的质量比为1:1,球磨转速为800r/min;
(2)将石墨烯与沥青B混合均匀,加入银粉B进行球磨处理(机械合金化处理)3h得到混合物B,其中磨球与物料的质量比为1:1,球磨转速为800r/min,银粉A与银粉B的质量比为1:1,沥青A与沥青B的质量比为1:1;
(3)将步骤(1)所得混合物A与步骤(2)所得混合物B混合均匀混合物C,其中混合的方式为球磨混合0.5h,磨球与物料的质量比为1:1,球磨转速为100r/min;混合物C中石墨和沥青的质量比为5:1,石墨烯和沥青的质量比为3:1,银粉的质量为混合物C的77%;
(4)在压力为300MPa的条件下,将步骤(3)所得混合物C装入模具中,压制成型得到坯体;
(5)将步骤(4)所得坯体进行真空烧结处理,冷却即得锭坯,其中真空烧结的真空度为5×10-5Pa,真空烧结处理的温度为940℃,真空烧结处理的时间为50min;
(6)在温度为600℃、压力为600MPa的条件下,将步骤(5)所得锭坯挤压成型即得铜/石墨导电滑板预制件;
(7)将步骤(6)所得铜/石墨导电滑板预制件进行拉拔或轧制处理即得银/石墨/石墨烯滑动电接触材料;
本实施例银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的显微组织图如图1所示,从图1可知,银、石墨和石墨烯材料分布均匀。
实施例2:一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,具体步骤为:
(1)将石墨与沥青A混合均匀,加入银粉A进行球磨处理(机械合金化处理)12h得到混合物A,其中磨球与物料的质量比为3:1,球磨转速为1500r/min;
(2)将石墨烯与沥青B混合均匀,加入银粉B进行球磨处理(机械合金化处理)12h得到混合物B,其中磨球与物料的质量比为3:1,球磨转速为1500r/min,银粉A与银粉B的质量比为1:1,沥青A与沥青B的质量比为1:1;
(3)将步骤(1)所得混合物A与步骤(2)所得混合物B混合均匀混合物C,其中混合的方式为球磨混合0.5h,磨球与物料的质量比为3:1,球磨转速为100r/min;混合物C中石墨和沥青的质量比为15:1,石墨烯和沥青的质量比为10:1,银粉的质量为混合物C的88%;
(4)在压力为450MPa的条件下,将步骤(3)所得混合物C装入模具中,压制成型得到坯体;
(5)将步骤(4)所得坯体进行真空烧结处理,冷却即得锭坯,其中真空烧结的真空度为5×10-5Pa,真空烧结处理的温度为950℃,真空烧结处理的时间为30min;
(6)在温度为700℃、压力为900MPa的条件下,将步骤(5)所得锭坯挤压成型即得铜/石墨导电滑板预制件;
(7)将步骤(6)所得铜/石墨导电滑板预制件进行拉拔或轧制处理即得银/石墨/石墨烯滑动电接触材料。
实施例3:一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,具体步骤为:
(1)将石墨与沥青A混合均匀,加入银粉A进行球磨处理(机械合金化处理)26h得到混合物A,其中磨球与物料的质量比为5:1,球磨转速为2000r/min;
(2)将石墨烯与沥青B混合均匀,加入银粉B进行球磨处理(机械合金化处理)26h得到混合物B,其中磨球与物料的质量比为5:1,球磨转速为2000r/min,银粉A与银粉B的质量比为1:1,沥青A与沥青B的质量比为1:1;
(3)将步骤(1)所得混合物A与步骤(2)所得混合物B混合均匀混合物C,其中混合的方式为球磨混合0.5h,磨球与物料的质量比为5:1,球磨转速为100r/min;混合物C中石墨和沥青的质量比为25:1,石墨烯和沥青的质量比为20:1,银粉的质量为混合物C的98%;
(4)在压力为600MPa的条件下,将步骤(3)所得混合物C装入模具中,压制成型得到坯体;
(5)将步骤(4)所得坯体进行真空烧结处理,冷却即得锭坯,其中真空烧结的真空度为5×10-5Pa,真空烧结处理的温度为960℃,真空烧结处理的时间为10min;
(6)在温度为800℃、压力为1200MPa的条件下,将步骤(5)所得锭坯挤压成型即得铜/石墨导电滑板预制件;
(7)将步骤(6)所得铜/石墨导电滑板预制件进行拉拔或轧制处理即得银/石墨/石墨烯滑动电接触材料。

Claims (3)

1.一种银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
(1)将石墨与沥青A混合均匀,加入银粉A进行球磨处理3~26h得到混合物A;
(2)将石墨烯与沥青B混合均匀,加入银粉B进行球磨处理3~26h得到混合物B;
(3)将步骤(1)所得混合物A与步骤(2)所得混合物B混合均匀混合物C;其中混合物C中石墨和沥青的质量比为(5~25):1,石墨烯和沥青的质量比为(3~20) :1,银粉的质量为混合物C的77~98%;银粉A与银粉B的质量比为1:1,沥青A与沥青B的质量比为1:1;
(4)在压力为300~600MPa的条件下,将步骤(3)所得混合物C压制成型得到坯体;
(5)在温度为940~960℃条件下,将步骤(4)所得坯体进行真空烧结处理10~50min,冷却即得锭坯;
(6)在温度为600~800℃、压力为600~1200MPa的条件下,将步骤(5)所得锭坯挤压成型即得银/石墨/石墨烯导电滑板预制件;
(7)将步骤(6)所得银/石墨/石墨烯导电滑板预制件进行拉拔或轧制处理即得银/石墨/石墨烯滑动电接触材料。
2.根据权利要求1所述银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)球磨转速为800~2000r/min,磨球与物料的质量比为(5~1):1;步骤(2)球磨转速为800~2000r/min,磨球与物料的质量比为(5~1):1。
3.根据权利要求1所述银/石墨/石墨烯滑动电接触材料的制备方法,其特征在于:步骤(5)真空烧结的真空度为5×10-5 Pa。
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